基于可调整电池组串联结构的单相逆变放电控制电路的制作方法

本实用新型涉及电池领域。

背景技术：

新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组放电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。

电池组的应用中，除电池管理系统还需增加逆变电路才可实现逆变放电。系统构架复杂，硬件成本高。

电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。

目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。

整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种可调整电池组串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的单相逆变放电控制电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：基于可调整电池组串联结构的单相逆变放电控制电路，电池组由电池单元串联构成，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，位于所述电池组首尾位置的电池单元的正极输出端和负极输出端作为电池组的供电输出端，每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件，电路设有PWM调制器，所述PWM调制器输出调制信号至所有开关元件。

每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端均连接有电压采样单元，所述电压采用单元输出信号至电池管理单元，所述电池管理单元输出控制信号至PWM调制器。

所述供电输出端连接有总电压采样单元，所述总电压采用单元输出信号至电池管理单元。

每个所述电池单元包括电池单体和固定电池单体的壳体，所述壳体内设有接触电池单元的温度传感器，所述温度传感器输出温度信号至电池管理单元。

所述第一开关元件和第二开关元件均为场效应管。

基于所述单相逆变放电控制电路的控制方法，电池组开始供电时，PWM调制器根据设定频率使当前处于工作状态的电池单元同步的以下面两种状态切换，并保持当前处于非工作状态的电池单元第二开关元件闭合，第一开关元件断开；

所述两种状态：

电池单元第二开关元件闭合，同时第一开关元件断开，并维持设定时间；

电池单元第一开关元件闭合，同时第二开关元件断开，并维持设定时间。

电池管理单元实时获取每个当前处于工作状态的电池单元的电压和温度信号，若存在某个电池单元电压偏高或温度异常，则使该电池单元进入非工作状态，同时将一个当前处于非工作状态的电池单元进入工作状态。

电池管理单元实时获取总输出电压信号，若输出电压大于目标电压区间值，则减少当前处于工作状态的电池单元的数量，若输出电压小于目标电压区间值，则增加当前处于工作状态的电池单元的数量。

本实用新型是一种具备电池保护和主动均衡功能的单相逆变放电控制电路。该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行放电控制，通过PWM开关调制可实现单相逆变放电。该电路设计可实现与放电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电。

包括以下有益效果：

可将单体电池(或单体电池组)加入串联组合，也可完全旁路出串联组合。可以控制放电电流经过或不经过任意单体电池(或单体电池组)，即可达到均衡电流等于放电电流的高效率均衡。

根据单相逆变控制机理，通过PWM开关调制所有串入母线结构参与放电输出的连接电路，可实现单相逆变放电。取消额外的逆变器模块。

在额定放电电压所需的电池串数基础上，增加一节或多节单体电池(或单体电池组)作为均衡冗余。即可做到旁路进入放电保护或主动均衡的单体电池(或单体电池组)时，电池组放电电压正常。每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电，使电池组的储能特性发挥到最佳，且不依赖于对单体电池的一致性要求。

每个单体电池(或单体电池组)仅使用两组场效应管、继电器或其它开关器件作为导通和关断控制，即可实现串入或旁路控制，电路简洁，控制简单，成本低廉。

特别对单体电池(或单体电池组)发生失效或质量问题，可完全旁路在串联组合外，提供电池组应用的可靠性和安全性。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为基于可调整电池组串联结构的单相逆变放电控制电路示意图。

具体实施方式

电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，实现将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。

单体电池(或单体电池组)的负极直接与串联母线相连，正极则通过Sx_1(第一开关元件)开关连接串联母线。Sx_1开关导通，Sx_2(第二开关元件)开关断开，则该级单体电池(或单体电池组)串入母线，参与放电。Sx_1开关断开，Sx_2开关导通，则该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不进行放电。

根据单相逆变控制机理，通过PWM开关调制所有串入母线结构参与放电输出的连接电路，可实现单相逆变放电。逆变输出电压为每级逆变电压和串联级数的叠加。

具体来说，可调整电池组串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的单相逆变放电控制电路结构如下：

单体电池(或单体电池组)负极直接与串联母线相连，正极不直接串联形成电池组，而是通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，将单体电池(或单体电池组)串入母线。

单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，将该级母线导通连接，单体电池(或单体电池组)则旁路出串联组合。

根据单相逆变控制机理，通过PWM开关调制所有串入母线结构参与放电输出的连接电路，可实现单相逆变放电。逆变输出电压为每级逆变电压和串联级数的叠加。

放电过程根据每个单体电池(或单体电池组)的电压和状态信息，正常的单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件串入母线进行放电连接。异常的单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件将该级母线导通连接，该级电池旁路出串联组合，不通过放电电流。

放电过程根据每个单体电池(或单体电池组)的电压和状态信息，实时控制调整各个单体电池(或单体电池组)串入母线放电或旁路出串联组合，实现放电保护和主动均衡。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电。

放电过程对每个单体电池(或单体电池组)的均衡电流等于放电电流。

通过该实用新型技术，可以大大降低电池组包对单体电池一致性的要求。

通过该实用新型技术，电池管理电路可通过PWM开关调制，实现单相逆变放电。

通过该实用新型技术，可对电池组中的每个单体电池(或单体电池组)实现放电保护和主动均衡。每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电。

通过该实用新型技术，可将存在问题的单体电池(或单体电池组)彻底排除在串联组合外，不会因个别单体电池(或单体电池组)的损坏影响电池组的使用，大大提高系统的安全性和可靠性。

单相逆变放电控制逻辑：

Sx_1开关和Sx_2开关通过PWM组合控制，通过动态调整输出放电的单体电池(或单体电池组)个数，使输出电压的变化符合单相逆变输出的电压要求。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。